具有介电性质的复合材料及其制备方法技术

一般性描述了涉及具有介电性质的复合材料及其制备方法的技术。一种示例性复合材料可包含具有第一聚合物和离子盐的核以及具有第二聚合物的壳，其中所述核是导电性的，而所述壳使所述核电绝缘并且基本上包围核，其中所述第一聚合物具有第一极性，第二聚合物具有第二极性，并且第一极性大于第二极性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
复合材料被广泛使用。例如，具有介电性质的复合材料可用于电容器或存储介质。 通常，具有介电性质的聚合物基材料的制造涉及通过用金属、金属氧化物、石墨或导电聚合物的纳米或微米颗粒填充聚合物而形成复合材料。这种复合材料的强度和挠性低于一些应用所需的，且由这种材料获得的约10 IO3的介电常数对于许多应用而言过低。需要具有高介电常数的新型复合材料。
技术实现思路
本公开的一个实施方案可以一般性涉及一种复合材料。该复合材料可包含具有第一聚合物和离子盐的核以及具有第二聚合物的壳，其中所述核是导电性的，所述壳使所述核电绝缘并基本上包围核，其中所述第一聚合物具有第一极性，第二聚合物具有第二极性， 且第一极性大于第二极性。本公开的另一实施方案可以一般性涉及一种制备复合材料的方法。该方法可包括在第一温度下于溶剂中混合第一聚合物、第二聚合物和离子盐，其中所述第一聚合物在溶剂中的溶解度比第二聚合物的溶解度低；并且在第二温度下蒸发溶剂以形成包含核和壳的复合材料，其中所述核包含第一聚合物和离子盐，所述壳包含第二聚合物。前述内容仅是说明性的，不旨在以任何方式进行限定。除了如上所述的说明性的方面、实施方案和特征之外，通过参照附图和如下详细描述，另外的方面、实施方案和特征将变得明显。附图说明图1为复合材料的制备方法的一个说明性实施方案的流程图；以及图2示出复合材料的一个说明性的实施方案。具体实施例方式在如下详细说明中，参照构成说明的一部分的附图。在附图中，类似的标记通常标识类似的组件，除非上下文中另外指出。在详细说明中描述的说明性的实施方案、附图和权利要求无意于限定。在不背离本专利技术主题的精神或范围的前提条件下可采用其他实施方案，并且可进行其他变化。容易理解本文通常描述和附图所说明的本公开的方面可在多种不同配置范围内排列、替换、组合、分离和设计，本文明确涉及所有这些。本公开特别涉及具有介电性质的复合材料和与制备该复合材料相关的方法和体系。本文所述的复合材料含有导电性核以及例如基本上和/或完全包围所述核的电绝缘性壳。所述核含有第一聚合物和离子盐，所述壳含有第二聚合物。第一聚合物的极性通常大于第二聚合物的极性。本文也描述了制备复合材料的方法。该方法包括在溶剂中混合第一聚合物、第二聚合物和离子盐，所述第一聚合物在溶剂中的溶解度比第二聚合物的溶解度低。蒸发溶剂， 从而制得具有核和壳的复合材料，所述核含有第一聚合物和离子盐，所述壳含有第二聚合物。核通常是导电性的，壳通常使所述核电绝缘并且基本上和/或完全包围核。第一聚合物的极性通常大于第二聚合物的极性。进行混合与蒸发的温度可相同或不同。在本公开中，“导电材料”通常可以指具有可移动电荷的材料，即能够传导电荷的材料。“不导电材料”或“绝缘材料”通常可以指具有很少或不具有可移动电荷，使得在非导电材料中流动的电流被阻挡并可能生热的材料，即不易传导电荷的材料。术语“极性”通常可以指导致具有电偶极子的分子的电荷分离。材料的极性大小可通过测量材料的介电常数而测得。术语材料的“介电常数”通常可以指材料的依赖于频率的相对介电常数。所述复合材料包含基本上导电的材料和基本上不导电的材料。所述基本上导电的材料和基本上不导电的材料可形成核-壳结构，其中所述核含有基本上导电的材料，而所述壳含有基本上不导电的材料。由于在复合材料的核中存在诸如离子盐等的离子材料，所以在核内可形成渗透网络。所述基本上导电的材料可为配合物。在一些实施方案中，所述配合物可包含具有第一极性的第一聚合物和离子盐。第一聚合物的第一极性可足够强以使第一聚合物与离子盐络合。第一极性的强度可基于第一聚合物的化学结构确定。在一些实施方案中，第一聚合物可包含具有第一极性或有助于第一极性的碳-卤键、碳-氧键或碳-氮键。碳-卤素键可包括但不限于碳-氟键。在一些实施方案中，第一聚合物可包括但不限于含氟聚合物， 如聚氟乙烯(polyethylene fluoride)、聚偏氟乙烯、聚乙烯六氟丙烯、聚三氟氯乙烯或它们的共聚物。所述离子盐可以是将与第一聚合物形成配合物的任何技术上可行的盐。离子盐的实例可包括但不限于氯化钠、硝酸钠、磷酸钠、氯化钾、氯化锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂或六氟丙烯锂。所述基本上不导电的材料可为具有第二极性的第二聚合物，所述第二极性的大小比第一极性更小。第二极性可以足够弱，使得第二聚合物不与离子盐形成配合物。在一些实施方案中，第二聚合物可缺少具有相对较高电负性的原子，如氟、氧或氮。在一些实施方案中，所述第二聚合物可包括但不限于聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、 聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯。在一个实施方案中，所述第一聚合物为含氟聚合物， 所述第二聚合物为非氟化聚合物。在一些实施方案中，所述复合材料为膜例如具有超高介电常数(例如约IO4至约IO7)的聚合物膜的形式。在一些实施方案中，所述膜具有高断裂拉伸应力(例如约 5. IMPa)、高断裂应变(例如约14. 4% )和高劲度(例如约164. 4MPa的杨氏模量)。复合材料的高强度和挠性可以使其适用于如电容器(例如超级电容器)和存储材料(如超高密度存储设备)的材料中。也提供了用于制备具有介电性质的复合材料的“连续沉积”法。在一些实施方案中，可将第一聚合物、第二聚合物和离子盐在溶剂中混合。可将第一聚合物和第二聚合物溶于溶剂中。此外，第一聚合物和第二聚合物在溶剂中可分别具有第一溶解度和第二溶解度。 如上所述，在一些实施方案中，第一聚合物可与离子盐形成配合物，第二聚合物无法与离子盐形成配合物。第一溶解度可小于第二溶解度。因此，当溶剂蒸发时，溶解的第一聚合物和离子盐可首先沉淀形成核，而溶解的第二聚合物可随后沉淀形成例如基本上和/或完全包围核的壳。合适的溶剂包括但不限于甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷或氯仿。在一些实施方案中，将第一聚合物、第二聚合物、离子盐和溶剂的混合物施用(例如浇注、喷雾或旋涂)至基材上。在溶剂蒸发之后可获得膜材料。溶剂可在室温下(例如约20°C至约25°C)，或在高于室温的温度下(例如在高于约20°C至约25°C的温度下)蒸发。取决于所用的溶剂，可选择温度使得温度适于实现溶剂的蒸发。在一些实施方案中，可将溶剂加热至约50至约150°C，约50至约75，约75至约100，约100至约125，或约125至约150°C的温度。在一些实施方案中，第一聚合物与第二聚合物的质量比为约0.5至约2。在一些实施方案中，第一聚合物与离子盐的质量比为约1至约10。在一些实施方案中，第一聚合物与溶剂的质量比为约0. 01至约0. 05。在一些实施方案中，本文所述的复合材料具有至少约IO4UO5IO6或IO7的介电常数。在一些实施方案中，复合材料具有约IO4至约107，或约IO4至约105，105至约106，或约 IO6至约IO7的介电常数。介电常数可测量为依赖于频率的相对介电常数，例如在约IOOHz 至约IMHz下例如用约0. IV的施加电压测量。也提供了含有本文所述的具有介电性质的复合材料的制品。在一些实施方案中， 提供含有复合材料的电容器，如超级电容器。在其他实施方案中，提供含有复合材料的存储材料，如超高密度存储器。可使用例如但不限于真空溅射或磁控溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合材料，其包含：包含第一聚合物和离子盐的核，其中所述核为导电性的；以及包含第二聚合物的壳，其中所述壳使所述核电绝缘并且基本上包围所述核，其中所述第一聚合物具有第一极性，所述第二聚合物具有第二极性，并且所述第一极性大于所述第二极性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆云，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84